第31讲 你了解Java应用开发中的注入攻击吗？
安全是软件开发领域永远的主题之一，随着新技术浪潮的兴起，安全的重要性愈发凸显出来，对于金融等行业，甚至可以说安全是企业的生命线。不论是移动设备、普通PC、小型机，还是大规模分布式系统，以及各种主流操作系统，Java作为软件开发的基础平台之一，可以说是无处不在，自然也就成为安全攻击的首要目标之一。
今天我要问你的问题是，你了解Java应用开发中的注入攻击吗？
典型回答
注入式（Inject）攻击是一类非常常见的攻击方式，其基本特征是程序允许攻击者将不可信的动态内容注入到程序中，并将其执行，这就可能完全改变最初预计的执行过程，产生恶意效果。
下面是几种主要的注入式攻击途径，原则上提供动态执行能力的语言特性，都需要提防发生注入攻击的可能。
首先，就是最常见的SQL注入攻击。一个典型的场景就是Web系统的用户登录功能，根据用户输入的用户名和密码，我们需要去后端数据库核实信息。
假设应用逻辑是，后端程序利用界面输入动态生成类似下面的SQL，然后让JDBC执行。
但是，如果我输入的input_pwd是类似下面的文本，
那么，拼接出的SQL字符串就变成了下面的条件，OR的存在导致输入什么名字都是复合条件的。
这里只是举个简单的例子，它是利用了期望输入和可能输入之间的偏差。上面例子中，期望用户输入一个数值，但实际输入的则是SQL语句片段。类似场景可以利用注入的不同SQL语句，进行各种不同目的的攻击，甚至还可以加上“;delete xxx”之类语句，如果数据库权限控制不合理，攻击效果就可能是灾难性的。
第二，操作系统命令注入。Java语言提供了类似Runtime.exec(…)的API，可以用来执行特定命令，假设我们构建了一个应用，以输入文本作为参数，执行下面的命令：
但是如果用户输入是 “input_file_name;rm –rf /*”，这就有可能出现问题了。当然，这只是个举例，Java标准类库本身进行了非常多的改进，所以类似这种编程错误，未必可以真的完成攻击，但其反映的一类场景是真实存在的。
第三，XML注入攻击。Java核心类库提供了全面的XML处理、转换等各种API，而XML自身是可以包含动态内容的，例如XPATH，如果使用不当，可能导致访问恶意内容。
还有类似LDAP等允许动态内容的协议，都是可能利用特定命令，构造注入式攻击的，包括XSS（Cross-site Scripting）攻击，虽然并不和Java直接相关，但也可能在JSP等动态页面中发生。
考点分析
今天的问题是安全领域的入门题目，我简单介绍了最常见的几种注入场景作为示例。安全本身是个非常大的主题，在面试中，面试官可能会考察安全问题，但如果不是特定安全专家岗位，了解基础的安全实践就可以满足要求了。
Java工程师未必都要成为安全专家，但了解基础的安全领域常识，有利于发现和规避日常开发中的风险。今天我会侧重和Java开发相关的安全内容，希望可以起到一个抛砖引玉的作用，让你对Java开发安全领域有个整体印象。
- 谈到Java应用安全，主要涉及哪些安全机制？
- 到底什么是安全漏洞？对于前面提到的SQL注入等典型攻击，我们在开发中怎么避免？
知识扩展
首先，一起来看看哪些Java API和工具构成了Java安全基础。很多方面我在专栏前面的讲解中已经有所涉及，可以简单归为三个主要组成部分：
第一，运行时安全机制。可以简单认为，就是限制Java运行时的行为，不要做越权或者不靠谱的事情，具体来看：
- 在类加载过程中，进行字节码验证，以防止不合规的代码影响JVM运行或者载入其他恶意代码。
- 类加载器本身也可以对代码之间进行隔离，例如，应用无法获取启动类加载器（Bootstrap Class-Loader）对象实例，不同的类加载器也可以起到容器的作用，隔离模块之间不必要的可见性等。目前，Java Applet、RMI等特性已经或逐渐退出历史舞台，类加载等机制总体上反倒在不断简化。
- 利用SecurityManger机制和相关的组件，限制代码的运行时行为能力，其中，你可以定制policy文件和各种粒度的权限定义，限制代码的作用域和权限，例如对文件系统的操作权限，或者监听某个网络端口的权限等。我画了一个简单的示意图，对运行时安全的不同层次进行了整理。
可以看到，Java的安全模型是以代码为中心的，贯穿了从类加载，如URLClassLoader加载网络上的Java类等，到应用程序运行时权限检查等全过程。
- 另外，从原则上来说，Java的GC等资源回收管理机制，都可以看作是运行时安全的一部分，如果相应机制失效，就会导致JVM出现OOM等错误，可看作是另类的拒绝服务。
第二，Java提供的安全框架API，这是构建安全通信等应用的基础。例如：
注意，这一部分API内部实现是和厂商相关的，不同JDK厂商往往会定制自己的加密算法实现。
第三， 就是JDK集成的各种安全工具，例如：
在应用实践中，如果对安全要求非常高，建议打开SecurityManager，
请注意其开销，通常只要开启SecurityManager，就会导致10% ~ 15%的性能下降，在JDK 9以后，这个开销有所改善。
理解了基础Java安全机制，接下来我们来一起探讨安全漏洞（Vulnerability）。
按照传统的定义，任何可以用来绕过系统安全策略限制的程序瑕疵，都可以算作安全漏洞。具体原因可能非常多，设计或实现中的疏漏、配置错误等，任何不慎都有可能导致安全漏洞出现，例如恶意代码绕过了Java沙箱的限制，获取了特权等。如果你想了解更多安全漏洞的信息，可以从通用安全漏洞库（CVE）等途径获取，了解安全漏洞评价标准。
但是，要达到攻击的目的，未必都需要绕过权限限制。比如利用哈希碰撞发起拒绝服务攻击（DOS，Denial-Of-Service attack），常见的场景是，攻击者可以事先构造大量相同哈希值的数据，然后以JSON数据的形式发送给服务器端，服务器端在将其构建成为Java对象过程中，通常以Hastable或HashMap等形式存储，哈希碰撞将导致哈希表发生严重退化，算法复杂度可能上升一个数量级（HashMap后续进行了改进，我在专栏第9讲介绍了树化机制），进而耗费大量CPU资源。
像这种攻击方式，无关于权限，可以看作是程序实现的瑕疵，给了攻击者以低成本进行进攻的机会。
我在开头提到的各种注入式攻击，可以有不同角度、不同层面的解决方法，例如针对SQL注入：
- 在数据输入阶段，填补期望输入和可能输入之间的鸿沟。可以进行输入校验，限定什么类型的输入是合法的，例如，不允许输入标点符号等特殊字符，或者特定结构的输入。
- 在Java应用进行数据库访问时，如果不用完全动态的SQL，而是利用PreparedStatement，可以有效防范SQL注入。不管是SQL注入，还是OS命令注入，程序利用字符串拼接生成运行逻辑都是个可能的风险点！
- 在数据库层面，如果对查询、修改等权限进行了合理限制，就可以在一定程度上避免被注入删除等高破坏性的代码。
在安全领域，有一句准则：安全倾向于 “明显没有漏洞”，而不是“没有明显漏洞”。所以，为了更加安全可靠的服务，我们最好是采取整体性的安全设计和综合性的防范手段，而不是头痛医头、脚痛医脚的修修补补，更不能心存侥幸。
一个比较普适的建议是，尽量使用较新版本的JDK，并使用推荐的安全机制和标准。如果你有看过JDK release notes，例如8u141，你会发现JDK更新会修复已知的安全漏洞，并且会对安全机制等进行增强。但现实情况是，相当一部分应用还在使用很古老的不安全版本JDK进行开发，并且很多信息处理的也很随意，或者通过明文传输、存储，这些都存在暴露安全隐患的可能。
今天我首先介绍了典型的注入攻击，然后整理了Java内部的安全机制，并探讨了到底什么是安全漏洞和典型的表现形式，以及如何防范SQL注入攻击等，希望对你有所帮助。
一课一练
关于今天我们讨论的题目你做到心中有数了吗？今天的思考题是，你知道Man-In-The-Middle（MITM）攻击吗？有哪些常见的表现形式？如何防范呢？
请你在留言区写写你对这个问题的思考，我会选出经过认真思考的留言，送给你一份学习奖励礼券，欢迎你与我一起讨论。
7月19日也就是本周四晚上8点半，我会做客极客Live，做一期主题为“1小时搞定Java面试”的直播分享，我会聊聊Java面试那些事儿，感兴趣的同学不要错过哦。
你的朋友是不是也在准备面试呢？你可以“请朋友读”，把今天的题目分享给好友，或许你能帮到他。
- 羊羊羊 👍（19） 💬（1）
也不是很懂，根据自己的理解讲一下，部分可能是错误的。中间人攻击原理大概是用户在正常上网的时候，同网段的恶意用户对其进行欺骗。恶意用户向局域网广播:我是路由器，然后正常用户(电脑无防御)收到以后认为恶意用户就是路由器，然后向恶意用户发送数据包，恶意用户可以截获数据包，再向路由器发送正常用户的数据包，路由器将返回的数据包在给恶意用户，恶意用户在给正常用户，恶意用户就形成了中间人的效果，可以向返回的数据包注入html代码，达到劫持用户网站的效果，不过现在大部分的网站都是https且双向认证，比较难获取到用户发送数据包中的账号密码。
2018-07-17 - 苦行僧 👍（12） 💬（1）
每次使用开源组件，经常关注使用版本修复的问题列表，其中的安全修复值得重点关注
2019-02-08 - 鸡肉饭饭 👍（8） 💬（3）
杨老师，您好，被一个安全问题困扰许久。就是开发者是否能够通过一定的手段修改jdk中的String类，并将修改后的String类进行替换，对于这个问题，应当从哪里开始寻找答案？谢谢
2018-07-17 - 王建 👍（11） 💬（0）
中间人攻击最容易理解的可能就是fiddler吧，他可以截获request重新组织request的数据，有个专业的攻击工具叫burp。
2018-07-18 - 随心而至 👍（10） 💬（0）
PreparedStatement又是如何防范sql注入的呢？ preparedStatement = "SELECT * FROM users WHERE name = ?"; preparedStatement.setString(1, userName); 查询“ SELECT * FROM users where where name =？” 将被发送到数据库，数据库会对其进行编译，然后将替换setString中的userName。 如果数据库看到非法值，它将引发错误。 因此，'or'1'='1将被视为一个完整的字符串，而不是包含运算符or和=的语句, 也就是数据库将其视为值为 "' or '1'='1"的字符（虽然是个奇怪的字符串）。 总结就一句话，占位符只能存储给定类型的值，而不能存储任意SQL片段（你写片段，我也把你看成是整体，即该类型的特别输入，比如上面的"' or '1'='1"就被看成是一个特别的String） https://stackoverflow.com/questions/4333015/does-the-preparedstatement-avoid-sql-injection https://en.wikipedia.org/wiki/SQL_injection
2021-01-06 - 爪哇夜未眠 👍（10） 💬（0）
期待杨晓峰老师直播！
2018-07-17 - 会网络的老鼠 👍（4） 💬（0）
或者通过明文传输、存储，这些都存在暴露安全隐患的可能。 朗读者将 明文 读成 文明 难道只有我注意到么？
2018-11-06 - wei 👍（3） 💬（1）
String你懂双亲委派就知道，自己定义String是用不了的。
2019-05-08 - 咖啡猫口里的咖啡猫🐱 👍（2） 💬（0）
我来回答，，鸡肉饭饭的，，，数据存在immutable,mutable,两种，java没有原生immutable支持，string如果是new就是相对意义的immutable,java基本类型和string是有高效缓存池范围，OK?
2018-07-17 - 亚林 👍（1） 💬（0）
中间人攻击，现在https如果被中间人代理了，一般程序要检查https证书是否合法，Android就是在本地保存一份合法https证书去检查线上https是否合法，缺点就是每次https证书到期之前要升级一次客户端，还有就是抓包调试的时候需要去掉https证书检查，才能正常运行抓包。
2020-06-08 - 匿名 👍（1） 💬（0）
感谢老师！
2020-03-16 - William 👍（1） 💬（1）
类加载器本身也可以对代码之间进行隔离，例如，应用无法获取启动类加载器（Bootstrap Class-Loader）对象实例，不同的类加载器也可以起到容器的作用，隔离模块之间不必要的可见性等。 所以上面这段话没理解， 启动器加载器不是顶级父类加载器么？ 按照“双亲委派机制”不是从父加载器看是否能够加载对象么？ 怎么还无法回去对象实例了呢？
2019-12-02 - 王宁 👍（1） 💬（0）
纠结String的同学可以试一下，String应该是加载不了的。
2018-07-17 - 樱小路依然 👍（0） 💬（0）
您好老师，我这几天突然发现半年之前开发中碰到的一个问题，有一个接口是接收信息存储数据库的，然后这个过程比较长，可能要几十秒，但是我在开发时，调用这个接口的是一个linux py脚本定时器，其中限制是5s超时。之后我经常发现服务跑了一段时间就挂了，需要重启，经过检查发现是由于大量的close_wait导致。 由于py脚本超时5s断开时，向服务发送fin，然后服务回了一个ack进入close_wait状态，但是此时并没有执行完方法，然而等方法执行完对py端发送fin时，py端已经不识别了，长时间的定时任务导致大量close_wait从而使tomcat容器假死。 请问这也算是一种攻击方式吗？我在网上查找解决方案，但是大部分是说服务方需要关闭httpclient，我使用的是springboot的@RequestMapping，好像没有类似解决的参数。
2022-02-22 - paxos 👍（0） 💬（0）
可以加新内容了，log4j JNDI 注入
2021-12-19